Mecánica Básica: Electricidad

.JUSTIFICACIÓN

 Por ello si estudiásemos el  funcionamiento y comprobación de cada uno de los circuitos que componen la instalación eléctrica de un automóvil, nos será imprescindible estudiar y comprender los funcionamientos básicos de electricidad.

 .¿QUÉ ES LA CORRIENTE ELÉCTRICA?

 La podíamos definir diciendo que es el movimiento de los electrones que han sido desplazados de sus órbitas, por producirse la aplicación de una forma eléctrica y la completaríamos aún mas si añadimos que el movimiento de electrones se produce a través de un conductor, cambiando estos de órbitas para ocupar la de otros átomos. Los electrones al moverse llevan consigo la electricidad de que están provistos, y su velocidad de desplazamiento es la misma que la de la luz, es decir 300.000 Km./seg.

 Este experimento quiere decir que a través de una corriente eléctrica se crea un campo magnético que atrae a un imán.

 .QUE SON LOS CUERPOS CONDUCTORES Y AISLANTES

Los cuerpos que permiten fácilmente el desplazamiento de electrones de una órbita a otra los llamaremos cuerpos conductores. En cambio los que no permiten ese desplazamiento les llamaremos cuerpos aislantes.

 .¿QUÉ NECESIDADES TENDRÁN QUE CUMPLIRSE PARA QUE SE PRODUZCA LA CORRIENTE ELÉCTRICA?

 Como hemos visto hasta el momento para que haya corriente eléctrica es necesario una fuerza que empuje a los electrones para desplazarlos de sus órbitas; también es necesario que el cuerpo a que se le aplica la fuerza eléctrica permita el desplazamiento es decir que sea conductor, y por último que los electrones tengan camino de regreso. También decir que en el conductor siempre hay la misma cantidad de electrones. Deducimos que para que exista corriente eléctrica es necesario unir los dos extremos del conductor al aparato capaz de producir fuerza eléctrica para mover el electrón de su órbita, llamado generador.

 .¿CUÁL ES EL SIGNIFICADO DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO?

 Como hemos visto en el punto anterior para que los electrones puedan circular es necesario que tenga un camino por donde hacerlo, un aparato capaz de empujarlo y otro capaz de recibirlo, de esta manera obtendremos un circuito eléctrico.

El aparato capaz de empujar a los electrones se llama generador, pero ¿cómo se produce esa fuerza?.

 Esta fuerza surge por la diferencia de potencial existente entre sus bornes y ¿qué es la diferencia de potencial (d.d.p.)? .

 Si observamos la figura tenemos dos recipientes unidos por su parte inferior y que están a distintos niveles de agua por lo que podemos decir que existe una diferencia de nivel.

Ahora bien, si hacemos pasar el agua al abrir el paso mediante la válvula que está entre los dos recipientes 2, por la diferencia de nivel y moverá las aspas de la turbina, colocada en la tubería de agua hasta que llega un momento en el que el nivel de los dos recipientes sea el mismo, y por lo tanto no pasará mas agua por no haber diferencia de nivel.

Pues esto mismo ocurre con la corriente eléctrica si comparamos los dos circuitos.

Lo mismo que ocurre con los depósitos de agua, la diferencia del nivel lo da las distintas alturas de agua en los depósitos, en la corriente eléctrica la d.d.p. es la diferencia existente entre los bornes.

En los circuitos suele haber además un fusible, que es un hilo de plomo de un grosor calibrado, de tal manera que al pasar una cantidad excesiva de electrones se calienta y se quema, quedando interrumpido el circuito.

En los automóviles el circuito eléctrico termina en masa, que es la chapa del automóvil, ahorrándose así el conductor o cable que constituye el camino de vuelta.

 ¿QUÉ SIGNIFICA CORTOCIRCUITO?

 Se llama cortocircuito al contacto de un conductor de ida con otro de vuelta al buscar los electrones el camino mas corto y fácil.

¿QUÉ ES LA TENSIÓN?

También la llamaremos voltaje o d.d.p. y es la fuerza con que son empujados los electrones a través de un conductor.

La unidad de medida es el voltio (v), y el aparato que utilizamos para medir ese voltaje o fuerza se llama voltímetro y lo colocaremos en paralelo, ¿qué significa colocarlo en paralelo?.

Esto quiere decir colocar los bornes del voltímetro unidos a los dos puntos entre los que exista la d.d.p. a medir.

Los electrones circulan por el circuito por lo que hemos visto hasta ahora cuando existe una d.d.p. entre los bornes del generador (batería), en el momento en el que no exista esa d.d.p. cesará la corriente eléctrica, o movimiento de electrones, batería descargada o sin carga.

¿QUÉ ES LA INTENSIDAD?

Llamaremos intensidad a la cantidad de corriente eléctrica que circula por un conductor en la unidad de tiempo. La unidad de medida es el amperio (A) .

El aparato capaz de medir la intensidad  de una corriente eléctrica lo llamaremos amperímetro y se conectará en el circuito es serie, es decir de manera que la corriente eléctrica pase en su totalidad por este aparato.

¿QUÉ ES LA RESISTENCIA?

Llamaremos resistencia a la oposición que presenta cualquier cuerpo al ser atravesado por el paso de corriente eléctrica. Dicho de otra manera la dificultad que encuentran los electrones para desplazarse, su unidad de medida es el ohmio.

La resistencia de un cuerpo depende de tres factores: de su longitud, de su sección y de su composición (resistividad), el  aparato de medición de la resistencia se llama ohmetro.

¿QUÉ NOS DICE LA LEY DE OHM?

La ley de ohm nos dice que al aplicar una d.d.p. a un circuito eléctrico, la corriente que circula es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia del circuito.

     V
       I= R                                      1 Amperio=  1voltio
                                                                            1ohmio

I= Carga
    Tiempo                                1Amperio= 1coulombio
                                                                       1 segundo

R= l L
        S

 ENERGÍA Y POTENCIA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

 Energía Eléctrica:

Todo generador eléctrico transforma alguna clase de energía en energía eléctrica. Esta se pone de manifiesto por el trabajo realizado en transportar una cantidad de carga (q) desde un punto de mayor potencia a otro de menor potencia.

W = q x v                     W = I x t x v ------------------   W= I-2 x R x T   Julios

W= Trabajo eléctrico         I = V
Q=  Carga eléctrica                R

V=   D.d.p.

                                     W = I x t x v ------------------    W= V 2    t
                                                                                      R

                                        I = V
                                             R

 POTENCIA ELÉCTRICA

Se define como el cociente entre el trabajo eléctrico realizado y el tiempo empleado en realizarlo:

P= W                                 1Kw= 1000w
      T                                  1Kw= 1000 w

1 vatio=  1 Julio
              1 Seg.

1 w=  1t
        1 sg

1 Kilovatio es la energía consumida cuando se utiliza una potencia de 1Kw durante una hora.

RESUMEN

W= q.v                            Energía=  V2  t
                                                      R

                                        Energía= R.I2.t

 Potencia

P= W                        P=  v2
      T                                R                           P= R.I2

MISIÓN DEL ALUMBRADO EN UN VEHICULO

 El alumbrado de un vehículo está constituida por un conjunto de luces adosadas al mismo, cuya misión es proporcionar al conductor todos los servicios de luces necesarios prescritos por ley para poder circular tanto en carretera como en ciudad, así como todos aquellos servicios auxiliares de control y confort para la utilización del vehículo, las misiones que cumple el alumbrado son las siguientes:

1º Facilitar la perfecta visibilidad al vehículo.

2º Posicionar y dar visibilidad al vehículo.

3º Indicar los cambios de maniobra.

4º Servicios de control, anomalías.

5º Servicios auxiliares para confort del conductor.

Clasificación

Se pueden clasificar en los siguientes grupos:

1º Luces de alumbrado

-         Alumbrado en carretera

-         Faros antiniebla

-         Luces de posición

2º Luces de maniobra

-         Luces de maniobra de dirección

-         Luces de freno

-         Luces de maniobra de marcha atrás

3º Luces especiales

-         Luces de emergencia

-         Luces de gálibo

-         Luces para servicios públicos

4º Luces interiores

-         Luces de cuadro

-         Luces de control

-         Luces de alumbrado interior

-         Luces de compartimentos interiores

ELEMENTOS QUE COMPONEN LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO Y SUS CARACTERÍSTICAS

Podemos destacar los siguientes grupos:

-         Lámparas

-         Faros y pilotos

-         Conductores

-         Elementos de mando y protección

TIPOS DE LÁMPARAS Y CARACTERÍSTICAS

Según el tipo de aplicación de las lámparas utilizadas en automoción se pueden clasificar en los siguientes tipos:

-         Lámpara para faros convencionales

-         Lámparas halógenas

-         Lámparas  para pilotos

-         Lámparas para luces interiores

Antes de explicar cada una de estas lámparas, tenemos que tener en cuenta la composición de estas lámparas.

LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA

Para conseguir la iluminación del espacio necesario por delante del vehículo, es preciso transformar la energía eléctrica en luminosa, lo que se consigue mediante el empleo de lámparas de incandescencia.

Está formada por el filamento  F, generalmente de tungsteno que alcanza la temperatura de 2.600 º C, el filamento está colocado dentro de una ampolla de vidrio V en la que se ha hecho el vacío. De los extremos del filamento, uno se une a la parte metálica del casquillo que es quien soporta la ampolla de vidrio y el otro a un borne en la parte inferior del mismo.

LÁMPARAS CONVENCIONALES

Utilizadas en faros tipo europeos, se emplean para el alumbrado en carretera tanto en corta como en larga distancia.

-     Lámparas dobles tipo R, F (bifit) el color se pueden emitir es una luz blanca o amarillento con un haz simétrico o asimétrico.

-     Lámparas halógenas están basadas en que un cuerpo caliente y radia tanta mas energía cuanto más elevada es su temperatura, esta lámparas se fabrican de forma que sus filamentos alcance gran temperatura para evitar la desintegración del tungsteno, se la rellena con un gas halógeno que regenera el filamento obteniendo de esta forma una lámpara de gran rendimiento.

Lámparas para pilotos

Las lámparas empleadas en los distintos tipos de pilotos situados en el vehículo están formados por una ampolla de cristal con uno o dos filamentos en su interior (monofil o bifil) de tungsteno y un casquillo cilíndrico.

Lámparas para alumbrado interior

Entre las lámparas de alumbrado interior se tiene las tubulares (C/11).

Las lámparas R19 se emplean en indicadores de dirección laterales y en comportamientos de capó.

Las lámparas de la por su reducido volumen y potencia se emplean, como testigos en los tableros de instrumentos.

Portalámparas

Es una pieza a la que va unidas las conexiones eléctricas y cuya finalidad es sujetar la lámpara y colocarlas en una posición determinada.

RENDIMIENTO DE LAS LÁMPARAS

El rendimiento y duración de una lámpara de incandescencia esta en función de la estabilización en bornes de la tensión nominal, siendo de unas 500h de utilización en servicio para las convencionales y algo más para las halógenas con un funcionamiento normal de las mismas.

CONDUCTORES

Los conductores utilizados para el conexionado de los circuitos de alumbrado en el automóvil están formados por un alma metálica de cobre, compuesta de muchos hilos finos enrollados en hélice con objeto de dar mayor flexibilidad al conductor y recubrimientos con un aislante que puede ser de plástico basándose en polivinilo o puede tener una envoltura de papel y goma vulcanizada con un trenzado textil, cuyo espesor de aislante está en función de la tensión nominal de utilización.

COLORES

Se emplean generalmente:

Rojo o marrón- Para conductores de corriente.

Negro- Para masa

Color distinto o combinado- Para cada circuito.

CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTORES

Según las normas internacionales UNE. 26115 deben cumplirse los siguientes requisitos:

-         La cuerda o alma estará formada por hilos de cobre recocido o estañado.

-         Tendrá una resistividad a 20º C de R= 0,018 ohmios  mm2/m.

-         La medida de sección y espesor de aislamiento esta recogida en la citadas normas.

INTERRUPTORES

El interruptor  normalizado en cuanto a sus posiciones de cierre de contactos, pone en funcionamiento los circuitos de encendido, arranque y servicios, realizándose el conexionado al mismo por medio de terminales de enchufes planos normalizados.

DISPOSITIVO ANTIRROBO

Actualmente este interruptor debe ir provisto de un dispositivo antirrobo que consiste en un cerrojo de forma que en la posición 0, sale un cuadradillo de acero templado que encaja en una ranura del árbol de la dirección bloqueando el movimiento del mismo.

FUSIBLES

Todos los circuitos deben ir protegidos por unos fusibles calibrados a la intensidad de consumo, que se intercalan en ellos para evitar que puedan quemarse las canalizaciones eléctricas.

El calibre de un fusible se expresa en A admisible y viene indicado en su casquillo o capuchón (1 A, 6 A,...).

LIMITADOR DE INTENSIDAD

Algunos coches en los circuitos de faro colocan limitadores de intensidad en lugar de fusibles, consiste en un bimetal calibrado a la intensidad que va a circular por el, y cuando este excede en un 50% aprox. de la I.Nominal, el calor de producido hace que el bimetal se curve separando los contactos e interrumpiendo el circuito.

RELÉ DE INTERMITENCIA

Esta aparato intercalado en el circuito de intermitencia controla la apertura y cierre del circuito controla la apertura y cierre del circuito haciendo que la señal luminosa de los indicadores de dirección sea intermitente, con una cadencia de 50 a 120 pulsaciones por minuto, está constituido por:

-         Núcleo magnético-1

-         Una bobina-2

-         Lámina bimetal-3

-         Resistencia- R

-         Contactos de apertura- A, B, C

-         Conexión lámparas- L

-         Entrada de corriente batería- +

-         Conexiones de lámpara testigo- P

FAROS Y PILOTOS

Los faros y pilotos delanteros están constituidos por una carcasa de chapa embutida y pintada del color del vehículo con los dispositivos de amarre a la carrocería en la cual se aloja la óptica o proyector.

Esta óptica o proyectores están formadas por una parábola cóncava de lente convergente. Estas parábolas fabricadas de una sola pieza van cerradas por un cristal blanco o amarillo auto tallado con un dibujo de forma prismática que cumple la doble misión de proteger del polvo y suciedad  en el interior y de conseguir la orientación adecuada de los rayos luminosos.

TIPOS DE FAROS

Los faros delanteros para la iluminación en carretera deben estar diseñados para proyectar una luz suficiente en longitud y anchura sobre todo para que a gran velocidad el alumbrado tenga el mayor alcance posible.

Puede se abiertos o cerrados de simple o doble proyección, cuyo haz de luz emitido esta en función del posicionado de la forma y potencia de la lámpara, así como del tallado del cristal.

FAROS ABIERTOS

Los faros abiertos constituyen únicamente el proyector, dispuestos el alojamiento de las lámparas de forma que esta encaje en una posición única y haga el cierre hermético.

FAROS CERRADOS

En los faros cerrados la lámpara forma parte integrante del proyecto, llevando en su interior el filamento al descubierto, por lo que deberá estar herméticamente cerrado, hecho el vacío y relleno de un gas neutro.

PROYECCIÓN LUMINOSA

Según el posicionado de la lámpara o punto luminoso “L” sobre el foco de la lente “F”, los rayos emitidos pueden ser paralelos, convergentes o divergentes. Los rayos paralelos se obtienen situando el foco luminoso coincidiendo con el foco de la lente y los rayos convergentes o divergentes desplazando hacia fuera o hacia dentro del foco de la lente el foco luminoso.

LUZ DE CRUCE

Debe estar diseñada para que alumbre ampliamente la carretera pero con un enfoque de luz corta para no deslumbrar a los vehículos que vienen de frente.

Esto se consigue colocando el foco luminoso desplazado hacia fuera del foco de la lente. El cual dará una gama de rayos convergentes desde la parte superior del foco colocando un dispositivo debajo del filamento de la lámpara se consigue que se bloqueen los rayos inferiores.

TIPOS DE PROYECCIÓN

Según la forma de enfoque de la lámpara sobre el proyector, se obtiene 2 tipos de proyección normalizados:

-         Haz de luz simétrica o código normal.

-         Haz de luz asimétrica o código europeo.

El código normal de haz simétrico consiste en alumbrar toda la zona de la carretera por delante del vehículo con igualdad de amplitud con un alcance máx. de 40 metros.

Código europeo o haz asimétrico consiste en dar una cierta inclinación de 15º a la pantalla situada debajo del filamento, se consigue una proyección de mayor alcance en la zona derecha del vehículo, conservando la zona mínima de deslumbramiento en el cruce, mejorando la circulación por carretera.

Una variante del código europeo, es el haz asimétrico con lámpara de halógena.

LUZ LARGA EN LOS VEHÍCULOS

La luz larga o de carretera debe estar prevista para alumbrar en intensidad y largo alcance, con una distancia mín. de 300 metros.

El enfoque se consigue haciendo coincidir el foco luminoso con el foco de la lente, y el mayor o menor alcance depende de la potencia y tipo de lámpara empleada.

FOCOS ANTINIEBLA

Generalmente están sellados y de forma rectangular, suelen llevar un cristal de color amarillo selectivo, y emite un haz de luz intensiva de corto alcance con enfoque lateral para dar mayor visibilidad a corta distancia.

FAROS

Se ha visto al estudiar los faros que el alcance luminoso de la luz de cruce estaba reglamentado dentro de unos límites máximos, para no deslumbrar a los ocupantes de los vehículos que circulan en dirección contraria cuyo alcance y proyección del haz esta en función del posicionado del foco. Un deflector de orientación en los faros origina los siguientes defectos:

1.      En las luces de cruce:

-         Alto deslumbramiento a vehículos que vienen de frente.

-         Bajo deslumbramiento: perdida de visibilidad.

-         Lateral alumbrado indebido.

2.      Luces de carretera.

-         Alto: perdida de alumbramiento en carretera.

-         Baja: perdida de distancia luminosa.

-         Lateral: Alumbramiento indebido.

REGLAJE DE LOS FAROS DE FORMA MANUAL

Cuando se observen estas anomalías de alumbrado, deberá realizarse un reglaje en los faros, que consiste en posicionar los mismos de forma que los rayos luminosos se proyecte adecuadamente a su utilización.

El reglaje de los faros puede realizarse colocando el vehículo delante de una pantalla o pared, situándolo a una distancia de 5 a 7 metros y con una persona sentada en el asiento trasero para que los faros suban un poco, y tengan una posición normal de funcionamiento. 

Se colocan los faros a 5 o 7 metros de la pared, y al proyectar el foco luminoso, dejamos la distancia entre ellos y 10 cm más para que coincidan los puntos.

CIRCUITO DE ALUMBRADO

Esta circuito está constituido por 2 o 4 focos, luminosos situados a en la parte delantera del vehículo, a una distancia de entre 0,5 y 1,2 metros del suelo u destinados a emitir en haz de luz asimétrica de doble proyección, luz de cruce y carretera, permitiendo una visibilidad suficiente tanto en corta y en larga distancia.

Estos focos deben cumplir una serie de requisitos técnicos de homologación establecidos por los diferentes gobiernos en cuanto a forma dimensiones y tipo de alumbrado, empleándose el color blanco o amarillo con lámparas de 45w para luz larga, y de 40w para luz corta.